Магнитен ли е цинкът?

Цинкът е полезен метал, който се съдържа във всичко - от хранителни продукти до автомобилни части. Но дали цинкът е магнитен? Краткият отговор е не, цинкът не е магнитен. Но зад причините, поради които този обикновен метал не се залепва за магнити, се крие интересна наука.

Продължете да четете. Като професионалист производител на неодимови магнити, ще ви помогна да научите всичко за странните магнитни свойства на цинка.

Магнитен ли е цинкът?

Не, цинкът не е магнитен защото няма несдвоени електрони и притежава диамагнитни свойства, които се характеризират със слабо отблъскване от магнитни полета.

Защо цинкът не е магнитен

Разглеждането на електронната конфигурация на цинка дава повече информация за причините за липсата на магнетизъм в метала: [Ar] 3d10 4s2

Важната част е запълнената вътрешна 3d орбитала, която съдържа 10 електрона. С 5 комплекта спиново сдвоени електрони вътрешната обвивка на цинка неутрализира всички магнитни моменти, които иначе биха възникнали. И макар че орбитата 4s съдържа два привидно несдвоени електрона, квантовата механика изисква те да се свържат в двойка със спин нула.

Така че общо електроните на цинковите атоми са сдвоени и няма несдвоени електрони, които да създадат магнитен момент. За да може даден материал да прояви магнетизъм, той обикновено трябва да има несдвоени електрони, които могат да подредят своите спинове в отговор на външно магнитно поле.

Ето защо цинкът всъщност се класифицира от учените като "диамагнитен".

Какво представлява диамагнетизмът?

Диамагнетизъм е свойството да се отблъскват слабо от магнитни полета.

Така че ако поставите силен магнит близо до парче цинк, цинкът ще се отдалечи от магнита.

Въпреки това ефектът е много слаб. И цинкът НЕ се намагнетизира сам по себе си.

Диамагнитите като цинка създават индуцирано магнитно поле в посока, обратна на външно приложеното магнитно поле. Това предизвиква отблъскване между двете магнитни полета.

Но и тук индуцираното поле е изключително слабо и изчезва веднага щом външното поле бъде премахнато.

Затова цинкът не се привлича от магнити като желязото. Но той показва някои интересни физични свойства при взаимодействие с магнитни полета.

Кога цинкът може да стане магнитен?

Добре, чистият цинк не е магнитен. Но какво става, ако е комбиниран с други материали?

Оказва се, че има няколко нишови случая, в които цинкът проявява свойства, подобни на магнитните:

1. Разтопен цинков метал

Ако разтопите метален цинк и го изсипете близо до силен магнит, се случва нещо много странно...

Течният цинков метал ще се отдалечи неусетно от магнита!

Какво се случва тук?

Учените смятат, че когато разтопеният цинк тече около магнитното поле, се генерират малки електрически токове.

Тези токове всъщност създават собствено малко магнитно поле, противоположно на основния магнит. Така магнитът отблъсква течния цинк.

Разбира се, самият цинк НЕ става магнитен. Електрическият ток предизвиква отблъскване. Но все пак това е хубава физична демонстрация!

2. Цинков оксид

Цинковият оксид е неорганично съединение, образувано от цинкови и кислородни атоми.

Той има широко приложение в промишлеността - от пластмаси до гримове и шампоан против пърхот.

Цинковият оксид също проявява някои ограничени магнитни свойства, ако е произведен по правилния начин.

По-конкретно, когато се внасят следи от магнитни замърсители като желязо, кобалт или никел, цинковият оксид може да стане слабо магнитен.

Така че, докато чистият цинков оксид е диамагнитен, нечистите партиди със следи от метали придобиват феромагнитни свойства.

Магнетизмът зависи до голяма степен от концентрацията и вида на наличните замърсители. Така че партидите ще се различават и ще показват различни свойства под въздействието на магнитно поле.

Защо желязото става магнетично, а цинкът - не?

След като проучихме защо цинкът не се залепва за магнити, възниква естественият въпрос...

Как така някои метали като желязото СА силно магнитни?

Оказва се, че магнетизмът е резултат от въртенето на несдвоени електрони в даден материал. По-специално, преходните метали са най-магнетични.

Например желязото има ЧЕТИРИ несдвоени електрона във външната си обвивка!

Това позволява да се появи силен магнетизъм, когато електроните се подредят във външно магнитно поле. След това тези индивидуални микроскопични магнити се подреждат паралелно, като умножават ефекта върху милиарди атоми.

Така желязото може да се превърне в силен постоянен магнит, което цинкът не може да направи.

Никелът и кобалтът също имат два несдвоени електрона и проявяват феромагнетизъм като желязото.

За разлика от тях по-леките елементи като цинка имат напълно запълнени електронни обвивки с всички щастливо сдвоени електрони. Така че цинковите атоми не допринасят за НИКАКЪВ магнитен момент, който може да се подреди.

Ето защо цинкът проявява само слаб, временен диамагнетизъм, когато е изложен на други магнитни полета. Но НЕ става магнитен сам по себе си.

Надяваме се, че това хвърля известна светлина върху причините, поради които цинкът не се поддава на магнитите! Сега нека разгледаме някои примери от реалния свят...

Магнитен ли е цинкът в монетите?

Пенетите са идеален домашен научен експеримент за проверка на магнетизма на цинка.

В САЩ монетите, произвеждани от 1983 г. насам, се състоят от цинкова сърцевина, покрита с тънко медно покритие.

И тъй като цинкът и медта са диамагнитни, тези по-нови монети НЕ се привличат от магнити.

Така че ако вземете цент "Линкълн" от периода след 1983 г. и се опитате да го залепите на магнит за хладилник, той няма да помръдне!

А сега един бонус експеримент...

Ако разтопите няколко (100 или по-малко) съвременни монети, за да извлечете суровия цинк, можете да пресъздадете страхотната физична демонстрация на течен цинк от по-рано!

Внимателно изсипете разтопения цинк в близост до силен неодимов магнит и може да видите, че течният метал се отблъсква едва доловимо. Не забравяйте, че не самият цинк става магнитен. Просто електрическите токове, индуцирани в движещия се метал, се противопоставят на външния магнит.

Така че ето ви категорично доказателство от американското монетосечене - цинкът не е магнитен!

Между другото, евромонетата от 1 цент, сечена от 2002 г. насам, също се състои от стоманена сърцевина, покрита с мед. Така че европейските монети ще показват същата физика.

До 1983 г. американските монети са изработени от мед 95%. Така че по-старите монети с високо съдържание на мед ЩЕ бъдат слабо привличани от магнити.

Използване на немагнетизма на цинка в реалния свят

Добре, да преминем към някои практически приложения. Какво значение има в реалния свят фактът, че цинкът не е магнитен?

Ето две големи от тях:

Електромагнитно екраниране

Устройства като радиоприемници, телевизори и мобилни телефони произвеждат електромагнитни полета. Тези електромагнитни полета могат да смущават работата на други електронни устройства.

Ето къде немагнитният цинк е полезен! Въвеждането на слой от проводящ цинк предпазва чувствителната електроника от заблуждаващи електромагнитни сигнали.

Цинкът ефективно блокира и абсорбира електромагнитната радиация благодарение на свободните електрони в атомната си структура. Свободните електрони разсейват сигналите.

Така че следващия път, когато телевизорът ви се повреди, когато микровълновата ви печка е включена, обвинете ЕМ смущенията! Фарадеев щит, изработен от проводящи метали като цинк, може да помогне за блокиране на объркващите излъчвания.

Безопасност на МРТ

Цинковите сплави и съединения се използват във всички видове материали - от медицинските инструменти до строителните материали в болниците.

Немагнитният цинк не предизвиква артефакти или смущения в изображенията при силни магнитно-резонансни изследвания. Затова е идеален за създаване на оборудване, безопасно за МРТ!

Не забравяйте, че скенерът за ядрено-магнитен резонанс използва огромен магнит с мощност над 1,5 Тесла. Стоманените инструменти биха се изтръгнали от ръцете на лекаря. Докато оборудването, изработено от цинкови сплави, не предизвиква проблеми с безопасността или електронни смущения.

Така че лекарите могат безопасно да използват инструменти на основата на цинк в близост до чувствително оборудване за визуализация. Полезно за прецизни хирургически процедури, когато се използва ядрено-магнитен резонанс!

Цинковият оксид е също така съставка на кремове за локално приложение, които могат да се прилагат преди провеждане на ЯМР. Тъй като той не се привлича от мощните магнитни намотки на апарата.

Ето ги и няколко нишови приложения, които разчитат на това, че цинкът НЕ реагира на магнитни полета!

Изводът: Защо цинкът НЕ е магнитен

Въпреки че цинкът проявява някои странни физични свойства, като например отблъскване на течен цинков метал, чистият цинк НЕ е магнитен в класическия смисъл на думата.

Това е така, защото цинковите атоми нямат несдвоени електрони. Затова всеки цинков атом не проявява магнитен момент, за да се подреди във външно поле.

Други преходни метали като желязото имат несдвоени електрони във външната си обвивка. Така че техните електрони МОГАТ да се въртят и подреждат в атомите, за да създадат феромагнетизъм.

Но цинкът проявява само изключително слаб, временно индуциран магнетизъм, наречен диамагнетизъм.

Затова следващия път, когато искате да залепите бележка или снимка на хладилника, не посягайте към лъскавата монета! Цинковата сърцевина не реагира на магнити.

Вместо това вземете старомодна стоманена щипка за хартия... сега ТЕ все още са надеждно магнитни!